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《利用球冠諧分析方法和GPS數(shù)據(jù)建立中國區(qū)域電離層TEC模型_柳景斌》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第33卷第8期武漢大學學報·信息科學版Vol.33No.82008年8月GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversityAug.2008文章編號:1671-8860(2008)08-0792-04文獻標志碼:A利用球冠諧分析方法和GPS數(shù)據(jù)建立中國區(qū)域電離層TEC模型1123柳景斌王澤民王海軍章紅平(1武漢大學測繪學院中國南極測繪研究中心,武漢市珞喻路129號,430079)(2青州市二炮士官學校訓練團作戰(zhàn)保障教研室,青州市,262500)(3武漢大學測繪遙感信息工程
2、國家重點實驗室,武漢市珞喻路129號,430079)摘要:利用GPS實測資料建立了中國區(qū)域電離層TEC球冠諧分析模型(sphericalcapharmonicanalysis,SCHA),評估了該模型的精度和有效性。結(jié)果表明,該模型有較高的擬合精度,其擬合殘差約為±3TECU,且精度在時間和空間上分布較均勻。根據(jù)IGS分析中心發(fā)布的IONEX全球電離層數(shù)據(jù)(GIM),內(nèi)插得到了區(qū)域內(nèi)相應(yīng)時段的平均電離層電子含量,并利用它對CSHA模型的零階項系數(shù)C0,0所表示的區(qū)域平均電離層電子含量進行了檢核。結(jié)果表明,二者具有
3、較高的一致性和相關(guān)性,其譜特征相關(guān)系數(shù)為0.993。由于SCHA模型較GIM模型利用了更多本區(qū)域的GPS觀測數(shù)據(jù),因此其擬合精度更高,擬合結(jié)果與實測數(shù)據(jù)更一致。對SCHA模型參數(shù)的時間序列進行譜分析,結(jié)果表明,該模型的模型系數(shù)較好地描述了區(qū)域電離層TEC的周期性變化特征。關(guān)鍵詞:GPS;區(qū)域電離層模型;球冠諧分析模型中圖法分類號:P228.42GPS是一種空基無線電衛(wèi)星導航系統(tǒng),由于電離層折射效應(yīng),無線電信號穿透電離層傳播到1區(qū)域電離層TECSCHA模型地面接收機時會產(chǎn)生延時誤差。對于地面非特許用戶,自2000年
4、5月美國取消SA政策以后,電電離層的結(jié)構(gòu)非常復雜,通常在離地面300[1]離層延遲誤差成為最顯著的誤差源。利用~500km處,電離層中的自由電子密度最高,因GPS構(gòu)建電離層TEC模型,一般有兩類途徑:參此,通常以高度為H的單層模型來描述整個電離數(shù)模型法和格網(wǎng)模型法。參數(shù)模型法比較直觀,層。本文的建模分析也以單層模型為基礎(chǔ),選取[5]使用相對簡便,但強調(diào)大范圍擬合,難以顧及電離單層高度H=428.8km,投影函數(shù)為SLM投層的局部變化特性,精度通常受到限制;格網(wǎng)模型影函數(shù)(Sardon,1997),其表達式為:[2
5、]法則可借助合適的途徑(如站際分區(qū)法),在盡mf(z′)=1/cos(z′)(1)可能確保局部電離層TEC擬合精度的條件下,實式中,z′為穿刺點處衛(wèi)星的天頂距。利用投影函現(xiàn)較高的電離層TEC擬合精度。數(shù),可以將GPS信號傳播路徑方向的電子含量E為了能較好地模擬區(qū)域電離層TEC,同時模投影到穿刺點處天頂方向的電離層電子含量Ev,型參數(shù)能描述區(qū)域電離層TEC的變化規(guī)律,本文關(guān)系式為Ev=mf(z)*E。[3,4]將球冠諧分析的理論與方法應(yīng)用于區(qū)域電離利用球冠諧分析方法建立區(qū)域電離層TEC層TEC的擬合,建立了區(qū)域電離
6、層TEC球冠諧模型的方法與步驟如下:分析(SCHA)模型。利用該模型分析了2004年1)選定所分析區(qū)域的球冠極點及球冠大小。中國區(qū)域GPS觀測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù),這為利用該模型本文分析的區(qū)域范圍是北緯10°N~55°N,東經(jīng)預報區(qū)域電離層TEC打下了基礎(chǔ)。70°E~145°E,取(35°N,105°E)為球冠極點,半角收稿日期:2008-06-16。項目來源:國家測繪局“十一五”基礎(chǔ)測繪計劃資助項目;國家教育部留學回國人員科研啟動基金資助項目;國家自然科學基金資助項目(40504002)。第33卷第8期柳景斌等:利用球冠
7、諧分析方法和GPS數(shù)據(jù)建立中國區(qū)域電離層TEC模型793θ0為30°。TWTF、URUM和LHAS)。本文對2004年全年2)確定階數(shù)和次數(shù),并計算締合勒讓德函數(shù)中國區(qū)域上述GPS站的觀測數(shù)據(jù)進行了處理。的非整數(shù)階nk(m)(第k個m次的階數(shù))。階數(shù)數(shù)據(jù)采樣間隔為30s,截止高度角為20°,穿刺點和次數(shù)的取值要與觀測數(shù)據(jù)的分辨率相適應(yīng),分的覆蓋區(qū)域范圍是北緯10°~55°,東經(jīng)70°~辨率ωmin與階數(shù)個數(shù)的極大值Kmax有近似關(guān)145°,如圖1所示。[3,6]系:θ0360°11Kmax≈+-(2)90°ωmi
8、n22綜合考慮觀測數(shù)據(jù)的空間分辨率以及模型的復雜度,本文階數(shù)和次數(shù)分別取為8和6。3)建立球冠坐標系,并對觀測數(shù)據(jù)進行坐標系轉(zhuǎn)換。球冠坐標系為地心坐標系,以選定的球冠極點P(θN,λN)為球冠北極點,以通過該點和地理南極點的經(jīng)線為經(jīng)度零點,若地理坐標系下任圖1GPS觀測站分布圖意一點Q的球面地心坐標為(β,λ),定義余緯θ=Fig.1DistributionofGPSSt